| Főoldal Gazdaságosság Háttérinfo Anyagvizsgálatok Ventillátor kiválasztása Kollektor építés |
| Elméleti anyag a hőátadásról Érdekességek |
|
A kollektor tervezésénél alapvető követelmény, hogy a hőterjedés különböző lehetőségeit ismerjük. A jelen kis segédlet nem a pontos és komoly számításokat és fogalmakat közli, hanem inkább a témában használható módón ad ráközelítést. A hőterjedés fő formái: HővezetésHővezetés során a hőenergia az anyagban terjed, de anyagáramlás nem történik. Pld. Egy acélkanalat tartsunk gázláng fölé, nem sokára érezzük a hővezetés hatását. Ha ugyanezt próbáljuk meg alumínium kanállal, akkor az tapasztaljuk, hogy a hővezetés intenzívebb. Tehát a hővezetés anyagfüggő, ezt a hővezetési tényező fejezi ki. Jele l (lambda) mértékegysége a W/(mK).
Íme a hővezetés képlete: F = l * (A*D T)/l És hogyan használjuk: Adott egy 1m2 felületű és 1 cm hosszúságú levegőréteg. Mennyi energia áramlik át ezen a rétegen, ha a réteg két oldala közötti hőmérsékletkülönbség 50 K? l =0,026 W/(mK) A=1 m2 D T=50 K l= 1 cm = 0,01 m2 F = l * (A*D T)/l = 0,026 W/(mK) * 1 m2 * 50 K / 0,01 m = 130 W HőáramlásHőáramlás: (konvekció) A hőt valamilyen közvetítő közeg szállítja el. Tehát az anyag a hőtartalmával együtt mozog. Ez igen érdekes, képzeljük el, hogy egy termoszba forró teát öntünk. Majd a forró teát a termoszba átvisszük a másik helyiségbe. Erre azt mondhatnánk, hogy a hőt valamilyen közvetítő közeg szállítja el és hőáramlásról beszélünk. Remélem, kilóg a ló lába, ez így nem igaz. Hőáramlásról csak akkor beszélhetünk, ha hőmérsékletváltozással jár együtt. A napkollektorba beáramlik a hideg levegő, ott a napsugárzás hatására megmelegszik (hőmérsékletváltozás történt) és kiáramlik a kollektorból. Itt már hőáramlásról beszélünk. Fontos tudni, hogy az egyes anyagok mennyi hőenergiát képesek felvenni, ez lesz a "szállítókapacitásuk". Egységnyi tömegű levegő jóval kevesebb energiát tud felvenni, mint egységnyi tömegű víz. Ezt az anyagjellemzőt nevezzük fajhőnek. Jele c, mértékegysége J/(kg*K) .
A szállított hőenergiát ezzel a képlettel tudjuk számolni. Q = c*m*D T Q: hőenergia c: fajhő m: tömeg D T: hőmérséklet különbség Alkalmazási példa: A napkollektorunkra 1 óra alatt 400 W hasznosítható napenergia érkezik. A kollektorba 20 C°.-os levegő érkezik óránként 50 m3. Mennyi lesz a kilépő hőmérséklet? Egyenletet átrendezve, D T = Q/(c*m) Tki = Q/(c*m)+Tbe = 400 * 3600 J /(1004 J/(kg*K) * 50 * 1,2 kg) + 20 C° = 43,9C° (hőmérséklet átváltások, veszteségek nincsenek, levegő sűrűsége 1,2 kg/m3) HősugárzásA hősugárzás során az anyagok közötti hátvitel sugárzás útján valósul meg. Pld. A magasabb hőmérsékletű test, a nap sugároz, a napkollektor pedig elnyeli ezt a sugárzást, ezzel hőenergiát nyer. Az egyes anyagok a sugárzást különböző mértékben:
A fényáteresztő képesség a kollektorok fedésénél fontos Az elnyelést abszorpciónak is nevezzük. Az abszorpciós tényező megmutatja, hogy a sugárzás hány százalékát nyeli el a felület. 100% = totális elnyelés, 0% = nincs elnyelés. Ha egy anyag pld a sugárzás 0 %.-t ereszti át, 60 %.-t elnyeli és 40 %.-t visszaveri, akkor felmerülhet a kérdés, hogy mi lesz a 60 % elnyelt sugárzással. Az elnyelt sugárzás hatására a test hőmérséklete növekszik. Minden test sugároz, minél magasabb a test hőmérséklete, annál több energiát sugároz ki. Az emissziós tényező egy felületből kibocsátott sugárzás mérőszáma. Az emisszió azt jelenti, hogy a napsugárzás hatására egy bizonyos hőmérsékletre felmelegedett a kollektor hőelnyelő felülete. A környezet és a hőelnyelő felület között hőmérsékletkülönbség van. A hőelnyelő felület hőt sugároz ki a nála alacsonyabb hőmérsékletű környezetnek. Pld. A külső hőmérséklet 0 C°, a hőelnyelő (abszorber) 1m2 felületének emissziós tényezője 100 %. Az abszorber hőmérsékletének függvényében megközelítőleg ilyen kisugárzási értékek vannak:
Néhány anyag abszorpciós és emissziós tényezője:
Értelmezzük a táblázatot, hiszen nem mindegy, hogy az adott anyag milyen minőségben (sugárzó vagy elnyelő) van jelen. Első esetben a nap sugároz, és az anyag elnyel, tehát a táblázatban az elnyelőképesség adja meg, hogy a beérkező napsugárzás mekkora részét nyeli el az adott felület. A beérkező napsugárzás hullámhossza rövid, mivel a nap felületi hőmérséklete több ezer fok. A második esetben a felület már elnyelte a napsugárzást és magasabb lett a hőmérséklete, ekkor a felület sugároz. A táblázatban a sugárzóképesség megadja, hogy az anyag kb. 0-200 C° közötti hőmérsékleten, felületén mennyi (előzőleg a napsugárzásból elnyelt) energiát sugároz ki. Ebben az esetben kibocsátott sugárzás hullámhossza nagyobb. HőátadásA kollektor hőelnyelő (abszorber) lemeze mögött levegőt áramoltatunk. Hogyan adja át a meleg alumínium lemez a hőenergiát az áramló levegőnek? Hőátadással. A hőátadás során a hővezetés, a hőáramlás és a hősugárzás egyszerre és együttesen lép fel. Tehát az áramló levegő és a lemez felülete közötti hőközlést hőátadásnak nevezzük. Azt a mennyiséget, amely jellemzi ezt a folyamatot, hőátadási tényezőnek nevezzük. Jele: α, mértékegysége W/m2 * K vagy W/m2 * °C. A hőátadási tényező nem egy anyaghoz, hanem két anyag kapcsolatához köthető. Pld. más a hőátadási tényező a réz és a víz között és más a réz és a levegő között. A hőátadásra alkalmazható képlet: F = α *A*D T Mennyi energiát veszít 2 m2 polikarbonát fedésű napkollektor hőátadással, ha a polikarbonát-levegő hőátadási tényező 3,2 W/m2 * °C, a polikarbonát felületi hőmérséklete 20 °C, a levegő hőmérséklete 0 °C ? F = α *A*D T=3,2 W/m2 * °C * 2 m2 * (20 °C-0 °C)= 128 W KalkulátorokAdott két egymással párhuzamos 1 m2 felület. Az egyik felület a levegős napkollektor abszorber lemeze (ez lesz a sugárzó lemezünk), a másik felület az abszorber lemez alatt elhelyezkedő lemez (ez lesz az elnyelő lemezünk). A két lemez között áramlik a levegő. Mennyi energiát sugároz négyzetméterenként és óránként az abszorber lemez az elnyelő lemezre? A kalkulátorban kiválasztható a lemezek minősége, a sugárzó és elnyelő lemez hőmérséklete. |